import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class sort {
    public static void insertSort(int[] arrays){
        //直接插入排序
        for(int i=1;i<arrays.length;i++){
            int tmp=arrays[i];
            int j=i-1;
            for(;j>=0;j--){
                if(arrays[j]>tmp){
                    arrays[j+1]=arrays[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            arrays[j+1]=tmp;
        }
          }

    //希尔排序，直接插入排序的优化。核心思想（分组）
    public static void shellSort(int[] arrays){
        int gap = arrays.length;
        while(gap>1){
            gap/=2;
            shell(arrays,gap);
        }
    }
    public static void shell(int[] arrays, int gap){
        for(int i=gap;i<arrays.length;i++){
            int tmp=arrays[i];
            int j=i-gap;
            for(;j>=0;j-=gap){
                if(arrays[j]>tmp){
                    arrays[j+gap]=arrays[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            arrays[j+gap]=tmp;
        }
    }

    //选择排序
    public static void chooseSort(int[] arrays){
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++){
            int minIndex = i;
            for(int j=i+1; j<arrays.length; j++){
                if(arrays[j]<arrays[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            if(minIndex != i){
                swap(arrays,i,minIndex);
            }

        }
    }
    private static void swap(int[] arrays,int i,int j){
        int temp = arrays[i];
        arrays[i] = arrays[j];
        arrays[j] = temp;
    }


//堆排序
    public static void SortHeap(int[] arr){
        creat(arr);
        int end=arr.length-1;
        while(end>0){
            swap(arr,0,end);
            siftDown(arr,0,end);
            end--;
        }
    }

    private static void siftDown(int[] arr, int parent, int end) {
        int child=2*parent+1;
        while(child<end){
            if(child+1<end && arr[child]<arr[child+1]){
                child--;
            }
            if(arr[child]>arr[parent]){
                int temp=arr[child];
                arr[child]=arr[parent];
                arr[parent]=temp;
                parent=child;
                child=2*parent+1;
            }else{
                break;
            }
        }
    }

    private static void creat(int[] arr) {
        for(int parent=(arr.length-1-1)/2;parent>=0;parent--){
            siftDown(arr,parent,arr.length);
        }
    }

//冒泡
    public static void bubbleSort(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            boolean flag = false;
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr,j,j+1);
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag) {
                break;
            }
        }
    }


    /**
     * 快排1，递归实现
     * */
    public static void quickSort(int[] arr){
        quick(arr,0,arr.length-1);
    }

    private static void quick(int[] arr, int left, int right) {
        if(left>=right){
            return;
        }
        //优化1,快排优化法
        if(left-right+1<3){//这里小于3是指二叉树继续分子节点的时候元素的数量，实际可根据数组大小调整
            //就可以直接调用插入排序
            //insertSort();//前面有写到快排，若改数值影响前面，这里直接使用改好的
            for(int i=left+1;i<=right;i++){
                int tmp=arr[i];
                int j=i-1;
                for(;j>=left;j--){
                    if(arr[j]>tmp){
                        arr[j+1]=arr[j];
                    }else{
                        break;
                    }
                }
                arr[j+1]=tmp;
            }
            return;
        }

        //优化2,三数取中法
        int index=mid_three(arr,left,right);
        swap(arr,index,right);


        int pivot=position2(arr,left,right);
        quick(arr,left,pivot-1);
        quick(arr,pivot+1,right);
    }
//三数取中
    private static int mid_three(int[] arr, int left, int right) {
        int mid=(left+right)/2;
        if(arr[left]<arr[right]){
            if(arr[mid]>arr[right]){
                return right;
            }else if(arr[mid]<arr[left]){
                return left;
            }else{
                return mid;
            }
        }else{
            if(arr[mid]>arr[right]){
                return right;
            }else if(arr[mid]<arr[left]){
                return left;
            }else{
                return mid;
            }
        }
    }


    //用于划分（Horror法）
    private static int position(int[] arr, int left, int right) {
        int pivot=left;
        int tmp=arr[left];
        while(left<right){
            while(left<right&&arr[right]>=tmp){
                right--;
            }
            while(left<right&&arr[left]<=tmp){
                left++;
            }
            swap(arr, left, right);
        }
        swap(arr,left,pivot);
        return left;
    }

    //挖坑法
    private static int position1(int[] arr, int left, int right) {
        int temp=arr[left];
        while(left<right){
            while(left<right&&arr[right]>=temp){
                right--;
            }
            arr[left]=arr[right];
            while(left<right&&arr[left]<=temp){
                left++;
            }
            arr[right]=arr[left];
        }
        arr[left]=temp;//使用right也是可以的
        return left;
    }

    //双指针法
    private static int position2(int[] arr, int left, int right) {
        int prev=left;
        int cur=left+1;
        while(cur<=right){
            if(arr[cur]<arr[left]&&arr[++prev]!=arr[cur]){
                swap(arr,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(arr,prev,left);
        return prev;
    }


    /**
     * 快排2，递推实现
     * */
    public static void quickSortNonR(int[] arr) {
        int start=0,end=arr.length-1;
        Deque<Integer> stack=new LinkedList<>();
        int pivot=position(arr,start,end);
        if(pivot>start+1){//用于判定左边数组数量是否大于2个
            stack.push(start);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot<end-1){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(end);
        }
        while(!stack.isEmpty()){
            end=stack.pop();
            start=stack.pop();
            pivot=position(arr,start,end);
            if(pivot>start+1){
                stack.push(start);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot<end-1){
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }



    /**
     * 归并排序
     * 原理，分而治之，把一个数组平均的分下去直到不能分为止，然后进行合并的时候排序
     * */
    public static void mergeSort(int[] arr) {
        mergeChild(arr,0,arr.length-1);
    }

    private static void mergeChild(int[] arr, int left, int right) {
        if(left>=right){
            return;
        }
        int mid=(left+right)/2;
        mergeChild(arr,left,mid);//先递归左边区间
        mergeChild(arr,mid+1,right);//递归右边区间

        //合并
        merge(arr,left,mid,right);
    }
    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right) {
        int s1=left,e1=mid,s2=mid+1,e2=right;
        int[] newArr=new int[right-left+1];
        int i=0;
        while(s1<=e1&&s2<=e2){//这样可以确保有数据
            if(arr[s1]<=arr[s2]){
                newArr[i++]=arr[s1++];
            }else{
                newArr[i++]=arr[s2++];
            }
        }
        while (s1<=e1) {//s2是走完了的拷贝s1
            newArr[i++]=arr[s1++];
        }
        while (s2<=e2) {//s1走完，拷s2
            newArr[i++]=arr[s2++];
        }
        for (int j = 0; j < i; j++) {//拷贝回原来的数组
            arr[j+left]=newArr[j];
        }
    }

    //非递归版
    public static void mergeSortNonR(int[] arr) {
        int gap=1;//每次分组处理，从一次性处理一个到一次性2个到4个，以此类推
        while(gap<arr.length){
            for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2*gap) {
                int left=i;//初始化left的值
                int mid=left+gap-1;//始终以每次的处理个数为递增，第一次处理假如是2个，0+2-1，此时中间值就是mid=2,然后下方代码作为防止越界
                if(mid>=arr.length){//left始终为i,不会越界，但mid和right不一定，需要加上边界处理
                    mid=arr.length-1;
                }
                int right=mid+gap;
                if(right>=arr.length){
                    right=arr.length-1;
                }
                merge(arr,left,mid,right);//合并
            }
            gap*=2;
        }
    }


/**
 * 时间复杂度：O(max[N,范围])
 * 空间复杂度：O(N)
 * 稳定性：稳定
 * */
    //计数排序(需要数据集中在某一个范围内)
    public static void countSort(int[] arr) {
        int max=arr[0];
        int min=arr[0];
        for(int i=0;i<arr.length;i++){
            if(arr[i]>max){
                max=arr[i];
            }
            if(arr[i]<min){
                min=arr[i];
            }
        }
        int len=max-min+1;
        int[] count=new int[len];//数越大计数数字越大

        for(int i=0;i<arr.length;i++){//遍历原数组开始计数
            int index=arr[i]-min;
            count[index]++;//完成计数
        }

        int k=0;
        for(int i=0;i<count.length;i++){//遍历计数数组
            while(count[i]!=0){
                arr[k++]=i+min;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
